Клапаны фланцевые проходные

Клапаны фланцевые проходные: конструкция, типы, применение и подбор

Клапан фланцевый проходной – это тип трубопроводной арматуры, предназначенный для полного перекрытия потока рабочей среды (жидкости, газа, пара) в прямолинейном трубопроводе. Основная отличительная черта – присоединительные патрубки с фланцами, расположенные на одной оси, что обеспечивает минимальное гидравлическое сопротивление при полностью открытом положении. Управление осуществляется вручную (маховиком) или с помощью приводов (электрических, пневматических, гидравлических). Данный тип арматуры является одним из наиболее распространенных и надежных решений для отсекающих функций в системах с высокими требованиями к герметичности.

Конструктивные особенности и принцип действия

Конструкция проходного фланцевого клапана базируется на следующих ключевых элементах:

• Корпус: Изготавливается методом литья, ковки или сварки из углеродистых, легированных, нержавеющих сталей, чугуна или цветных сплавов. Имеет два соосных присоединительных фланца, соответствующих стандартам (ГОСТ, DIN, ANSI). Внутри расположены седла – уплотнительные поверхности для затвора.
• Затвор (золотник): Подвижный элемент, непосредственно перекрывающий поток. Наиболее распространены клиновые (жесткий, двухдисковый упругий или двухдисковый распорный) и шиберные (ножевые) конструкции. Материал уплотнительных поверхностей затвора часто имеет повышенную коррозионную и эрозионную стойкость (наплавка стеллита, фторопластовые вставки).
• Шпиндель (шток): Резьбовой стержень, передающий усилие от привода или маховика на затвор. Бывает выдвижным (резьба вне зоны рабочей среды, что облегчает обслуживание) и невыдвижным (погружным).
• Уплотнение штока (сальниковое устройство): Обеспечивает герметичность в месте выхода штока из корпуса. Обычно включает сальниковую набивку (графит, асбест, PTFE), уплотнительные кольца или сильфонный узел для агрессивных или токсичных сред.
• Бугельный узел: Конструкция, соединяющая крышку корпуса с приводом, предназначена для размещения ходовой гайки или механизма редуктора и защиты от внешних воздействий.
• Привод: Ручной (маховик с редуктором или без) или автоматизированный (электропривод, пневмопривод).

Принцип действия основан на возвратно-поступательном движении затвора, перпендикулярном направлению потока. При вращении маховика шпиндель ввинчивается в ходовую гайку, опуская затвор до плотной посадки в седла корпуса. Герметичность в закрытом положении обеспечивается притиркой или упругой деформацией уплотнительных поверхностей.

Классификация и типы фланцевых проходных клапанов

Клапаны классифицируются по нескольким ключевым признакам:

1. По типу затвора

• Клиновые: Затвор выполнен в форме клина. Жесткий клин требует высокой точности изготовления, склонен к заклиниванию при перепадах температур. Упругий двухдисковый клин компенсирует возможные перекосы и температурные деформации, обеспечивая более высокую герметичность. Распорный двухдисковый клин раздвигается пружинами или клиньями, что также улучшает герметизацию.
• Шиберные (ножевые): Затвор имеет форму острого ножа. Применяются для вязких, содержащих твердые включения сред (шламы, пульпы, сточные воды).
• Шланговые: Перекрытие потока осуществляется пережимом эластичного шланга, расположенного внутри корпуса. Используются для абразивных и коррозионных сред, обеспечивают высокую чистоту прохода.

2. По материалу корпуса

• Чугунные (серый чугун, чугун с шаровидным графитом – ВЧШГ).
• Стальные (углеродистая сталь 25Л, 35Л; легированная сталь 20ГМЛ, 09Г2С; нержавеющая сталь 12Х18Н9ТЛ, 08Х18Н10Т).
• Титановые, алюминиевые, медные сплавы.

3. По способу герметизации штока

• Сальниковые (с набивкой).
• Сильфонные (обеспечивают абсолютную герметичность, применяются для СДЯВ, глубокого вакуума, высоких температур).

4. По типу управления

• С ручным управлением (маховик, редукторный механизм).
• С механизированным приводом (электрический, пневматический, гидравлический).

Основные технические характеристики и параметры выбора

При подборе клапана необходимо учитывать комплекс параметров, отраженных в технической документации (ТУ, паспорт).

Параметр	Обозначение / Единица измерения	Описание и стандартные значения
Условный диаметр	DN (Ду), мм	Определяет присоединительный размер. Стандартный ряд: DN 15, 20, 25, 32, 40, 50, 65, 80, 100, 125, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 500 и более.
Условное давление	PN (Ру), МПа (бар, кгс/см²)	Максимальное избыточное давление при температуре 20°C. Ряды: PN 6, 10, 16, 25, 40, 63, 100, 160, 250.
Рабочее давление и температура	Pр, Тр	Фактические параметры среды в трубопроводе. Важно учитывать зависимость допустимого давления от температуры (паспортные графики).
Класс герметичности	По ГОСТ 9544	Нормирует допустимую утечку в закрытом положении. Классы А, В, С – нулевая утечка для запорной арматуры; В, С, D – для запорно-регулирующей. Для большинства систем требуется класс А или В.
Тип присоединения	Фланец	Указывается исполнение фланцев по ГОСТ (плоские, воротниковые), DIN или ANSI (ASME), класс давления, тип уплотнения (шип-паз, выступ-впадина, овальная прокладка и т.д.).
Среда	—	Химический состав, агрессивность, наличие абразивных частиц, вязкость. Определяет выбор материала корпуса, затвора, уплотнений.
Климатическое исполнение	По ГОСТ 15150	У1 для умеренного климата, ХЛ1 для холодного, УХЛ для умеренно-холодного и т.д. Влияет на материал и исполнение привода.

Области применения в энергетике и промышленности

Фланцевые проходные клапаны являются основным видом запорной арматуры на критически важных участках.

• Тепловая энергетика: На паропроводах свежего и острого пара (Ру до 28 МПа, Т до 560°C), питательных трубопроводах котлов, системах подпитки, трубопроводах сетевой воды. Применяются стальные клапаны с упругим клином, сварными седлами из стеллита, сильфонным или сальниковым уплотнением.
• Атомная энергетика: В системах первого и второго контура, системах аварийного охлаждения, спецводоочистки. Требования к материалам, герметичности (класс А), сейсмостойкости и надежности максимальны. Часто применяются клапаны с электроприводом и системой контроля положения.
• Нефтегазовая промышленность: На магистральных нефте- и газопроводах, установках подготовки и переработки, в резервуарных парках. Используются полнопроходные клапаны на высокие давления (PN 100-250), с антикоррозионным покрытием или из коррозионностойких сталей.
• Химическая и нефтехимическая промышленность: Для агрессивных сред (кислоты, щелочи, углеводороды). Применяются клапаны из нержавеющих сталей, сплавов на основе никеля (Hastelloy), с футеровкой фторопластом, с сильфонным узлом.
• Водоснабжение и водоотведение: На насосных станциях, магистральных водоводах, коллекторах. Широко используются чугунные и ВЧШГ клапаны с эпоксидным покрытием, шиберные ножевые для сточных вод.

Преимущества и недостатки по сравнению с другой запорной арматурой

Преимущества:

• Высокая герметичность (возможность получения класса А).
• Надежность и простота конструкции, ремонтопригодность.
• Относительно небольшой строительный высоты (по сравнению с задвижкой), но большей, чем у шарового крана.
• Малое гидравлическое сопротивление в открытом состоянии (для полнопроходных моделей).
• Возможность работы в условиях высоких параметров среды (давление, температура).
• Хорошая ремонтопригодность, возможность притирки уплотнительных поверхностей на месте.

Недостатки:

• Большая строительная длина (значительно больше, чем у шаровых кранов и поворотных затворов).
• Высокое усилие на привод при больших диаметрах и давлениях, обусловленное необходимостью преодоления трения в сальнике и усилия от перепада давления на затвор.
• Застойные зоны и карманы в корпусе, что может быть недопустимо для некоторых технологических процессов.
• Более сложная конструкция по сравнению с задвижкой, большее количество трущихся пар.
• Риск гидроудара при резком открытии/закрытии.

Монтаж, эксплуатация и техническое обслуживание

Монтаж должен производиться в соответствии с проектной документацией и ПБ 03-75-94 (Правила устройства и безопасной эксплуатации трубопроводов пара и горячей воды). Клапан устанавливается на прямолинейный участок трубопровода с обеспечением соосности фланцев. Запрещается использование фланцевых клапанов для монтажа в качестве опор или для компенсации несоосности труб. Обязательна проверка чистоты внутренней полости и уплотнительных поверхностей перед монтажом.

Эксплуатация требует соблюдения паспортных параметров среды. Основные операции ТО включают:

• Визуальный контроль целостности корпуса и сальникового узла.
• Проверка легкости хода шпинделя, отсутствия заеданий.
• Подтяжка сальниковой набивки при появлении течи по штоку (запрещена чрезмерная затяжка).
• Смазка резьбовых пар и подшипников согласно регламенту.
• Периодическая проверка герметичности затвора на закрытие.

Ремонт обычно заключается в замене набивки сальника, притирке или замене затвора и седел.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

В чем ключевое отличие клапана от задвижки?

У клапана затвор перемещается возвратно-поступательно параллельно оси потока и садится на седло, расположенное перпендикулярно потоку. У задвижки затвор (шибер) перемещается перпендикулярно потоку. Клапан, как правило, имеет два седла (кроме шиберного), задвижка – два параллельных уплотнительных кольца в корпусе. Клапаны обычно более герметичны, но имеют большее гидравлическое сопротивление и строительную длину.

Когда следует выбирать клапан с сильфонным уплотнением?

Сильфонное уплотнение штока необходимо в случаях, когда абсолютная герметичность по отношению к внешней среде является критически важной: при работе с радиоактивными, токсичными, взрывоопасными, дорогостоящими средами, а также в системах глубокого вакуума, где сальниковое уплотнение неприменимо.

Как правильно подобрать материал корпуса и уплотнений?

Выбор осуществляется на основе химического состава, температуры, давления и агрессивности рабочей среды. Используются таблицы коррозионной стойкости материалов (например, по ISO/TR 15608). Для воды и пара до 425°C подходит углеродистая сталь, для агрессивных сред – нержавеющая сталь 12Х18Н10Т или сплавы. Уплотнения затвора: для высоких температур – стеллит, для средних – фторопласт (PTFE), EPDM, NBR.

Что означает маркировка 30с41нж на клапане?

Это условное обозначение по системе ВНИИАО: 30 – запорный клапан; с – стальной корпус; 41 – номер модели; нж – клин двухдисковый (нж – нержавеющий, часто подразумевается упругий клин с покрытием). Далее в маркировке указываются DN, PN, материал и исполнение.

Требуется ли клапану техническое обслуживание при установке электропривода?

Да, требуется. Электропривод не отменяет необходимости обслуживания арматурной части (сальник, резьба шпинделя, состояние затвора). Кроме того, необходимо проводить ТО самого привода: проверку состояния зубчатых передач, концевых выключателей, моментальных муфт, смазку, контроль электрических соединений.

Можно ли использовать фланцевый клапан для регулирования расхода среды?

Конструктивно проходные клапаны являются запорными. Их использование для регулирования (особенно в частично открытом положении) приводит к быстрому износу и эрозии уплотнительных поверхностей затвора и седел из-за высокой скорости потока. Для регулирования следует применять специальные регулирующие клапаны, рассчитанные на такие режимы работы.

Какой класс герметичности необходим для систем теплоснабжения?

Для закрытых систем теплоснабжения на трубопроводах теплоносителя с температурой до 150°C и давлением до 1,6 МПа, как правило, требуется класс герметичности не ниже «В» по ГОСТ 9544. Для паропроводов высокого давления (Т > 200°C, P > 2,5 МПа) – класс «А».